Factores de virulencia

Factores de virulencia bacterianos
Alicia Farinati
Proceso infectivo
(Finlay, 1997; Lipschit 1997)
Enfermedad
Número de microorganismos X Virulencia
Defensa del huésped
Atributos de MO patógenos





Adherencia y penetración
Evasión del ataque fagocítico e inmunológico
Secreción de proteínas tóxicas para debilitar al
huésped y promover la diseminación del
patógeno
Obtención de nutrientes para crecer (Ej: hierro)
Supervivencia en condiciones adversas dentro y
fuera del huésped
Anatomía bacteriana
Pared celular
adhesinas
Membrana
citoplasmática
mesosomas
Citoplasma
ribosomas
flagelos
Acidos nucleicos
ADN cromosómico y
extracromosómico
Estructuras periféricas
cápsula
capa mucosa
Estructuras bacterianas con
importancia clínica












Bacterias gram positivas
Pared celular
Acidos teicoicos y lipoteicoicos
Cápsula
Flagelos
Bacterias gram negativas
Pared celular
Membrana externa
LPS
Adhesinas
Cápsula
Flagelos
Contribución Microbiana a las
Infecciones






Interacción huésped-parásito
Mecanismos de patogenicidad
* Adhesividad y adhesinas
* Invasividad e invasinas
* Agresinas y toxigenicidad
* Modulinas y superantígenos
* Impedinas y evasión de las defensas del huésped
Transmisibilidad
Adaptación
Proliferación
Virulencia en la vida real
Pared celular bacteriana
PC-Bacterias gram positivas
PC-Bacterias gram negativas
NAG----NAM
Bacterias grampositivas


Peptidoglicano:
Liberación de unidades estándar de PG
acetilados activan el C´ , producen fiebre
AT y ALT :
Facilitan la adherencia -Sindrome séptico por
liberación de monocinas y citocinas
Facilitan la resistencia a la lisozima
Bacterias gramnegativas

LPS:
Mitógeno de las células B
Actividad endotóxica
Enlace con una proteína sérica (LBP)
El LPS-LBP adhiere con el CD14
Los complejos LPS-sCD14
Interleuquina 1 (IL-1)
Factor de necrosis tumoral (TNF-alfa)
Leucotrieno B4 (LTB4)
Síntesis de la pared celular l
UDP-N-acGlc
UDP-N-acMur
L-ala
Cicloserina
D-alanil-D-alanil
UDP-N-AcMur tripéptido
UDP-N-AcMur pentapéptido
D-ala
CITOPLASMA
---------------------------------------------------------------------
Síntesis de la pared celular ll
Lípido-P-P-N-acMur-pentapéptido
Lípido-P-P-N-acMur-pentapéptido-N-acGlu
Vancomicina
Mureína
Lípido-P-P
Bacitracina
Lípido-P
MEMBRANA-------------------------------------------
Síntesis de la pared celular lll
Mureína pentapéptido
Penicilinas
Cefalosporinas
Entrecruzamiento
Pared celular
Sintesis de la pared celular
Interferencia en la síntesis e inhibición
de la interferencia
Actividad de moléculas generadas por
bacterias I




Proteínas de fase aguda
Componentes del Complemento
Moléculas de adhesión celular endotelial
Interleuquinas (IL-1, IL-6, IL-8)
IL-1:>PG-liberación de histamina –
pirógeno endogeno-promueve IL-2 e IL-6.
IL-6: proliferación de células T
IL-8:regula adherencia de PMn a células
endoteliales –liberación de elastasade los
PMN-expresión de selectinas de los PMN
Actividad de moléculas generadas por
bacterias II





Leucotrieno (LTB4): Aumenta la permeabilidad
vascular - Quimiotáctico
Factor activador de plaquetas (PAF):
Activación de las plaquetas – adherencia al
endotelio-hipotensor
Trombomodulina (TM): Enlaza la trombina
activa proteína anticoagulante
Factor tisular : inicia la coagulación
TNF: potencia liberación de IL-6 dependiente
del LPS
Factores de virulencia





Adhesinas : adhesión bacteriana
Agresinas: dañan las células o los blancos
moleculares en el huésped
Invasinas: permiten la entrada del
microorganismo en el huésped
Modulinas: disparan la producción de
citoquinas o moléculas bioactivas similares
Impedinas: limitan la efectividad de los
factores de defensa del huésped

Receptores de tipo Toll: reconocimiento de patrones

Ligandos: patrones moleculares asociados con
patógenos (PAM

PAMP: exclusivamente producidas por patógenos
(sujetos a bajas tasas de mutación): LPS, PG,
ácidos teicoicos , mananos, ADN bacteriano, ARN
de doble cadena y los glicanos.

Receptores de la inmunidad innata reconocen
como extraños a los MO

Desencadenan las respuestas que controlan
la infección

TLRs en PMN: TLR1, TLR2, TLR4 y TLR5
MODELO EN 2 PASOS DE RESPUESTA
INFLAMATORIA
Receptor Toll-like
normal
Receptor Toll-like
anormal
Receptor Toll-like
Anormal 4
Receptor Toll-like
normal 4
Bacteria P
fimbriada
Bacteria P
fimbriada
Receptor
GSL
Receptor
GSL
Ceramida
Mediadores de
Inmunidad
Inflamación
Ceramida
No señal
Diferenciación celular
Inflamación
Svanborg C y col. 2001
MODELO EN 2 PASOS DE RESPUESTA
INFLAMATORIA
CXCR1
UNIÓN DE LA PROTEÍNA DE TAMMHORSFALL A LA FIMBRIA-1 DE E. coli
Fimbria Tipo 1
E. coli
Manosa
Proteina
Célula
Uroepitelial
THP
Monómero
THP
Oligómero
Manosa
Proteina
Receptor Uroplaquina
Modificado de J. Pak. J Biol Chem 2001; 276: 9924-9930
Fases de la vida intracelular de E.coli
en las células vesicales (CBI)
FASE 1
Bacterias no móviles, multiplicación rápida,
formas bacilares
FASE 2
Bacterias no móviles, multiplicación lenta,
formas cocoides
FASE 3
Bacterias cubren el citoplasma celular
FASE 4
Bacterias filamentan
Importancia de la filamentación
E.coli en proceso de filamentación
Filamentación
•
•
•
Aparece como respuesta a la inmunidad innata
mediada por TLR4
Las bacterias que escapan de la célula son capaces
de entrar nuevamente y dar lugar al CBI con una
cinética enlentecida
Crecimiento intracelular y filamentación
Ventaja para la bacteria : evade a los PMN
Unión
Invasión
Unión
Formación del reservorio
Filamentación
Comunidad
CBI temprana
CBI media
CBI tardía
Desprendimiento
bacteriana intracelular temprana
CBI
madura
Recurrencia
Exfoliación
Differentiation and developmental pathways of uropathogenic Escherichia coli in urinary tract pathogenesis
Sheryl S. Justice y cols. PNAS February 3, 2004 vol. 101 no. 5 1333–1338
INTERACCIONES BACTERIA-HUÉSPED
PMNL
(lisis)
Liberación de la
Bacteria
Intracelular
Sideróforo
Proteínas de
Membrana
Externa
Fe3+
Cápsula de
Polisacárido
Membrana
Externa con
LPS
Especies Reacivas
IL-8
del Oxígeno
Ruptura, necrosis y
apoptosis de la
célula epitelial
Citoquinas
Fe3+
PMNL
Adhesinas
PMNL
IBC
Receptores
Celula Epitelial
(huesped)
IL-1
IL-6
IL-8
CXCR
E. coli
ingresando a la
célula epitelial
Multiplicación
bacteriana
dentro de la
PMNL célular huesped
Persistencia
del foco de
infección
Johnson JR. Infect Dis Clin N Am.2003;17:261-268
Factores microbianos e IUR
Uroplaquina e internalización de E.coli
Vida intracelular


IRO: intermediarios reactivos del oxígeno
Reducción parcial del oxígeno molecular
(estallido respiratorio)
2O2 + NADPH
H+
NADPH oxidasa
2O2- + NADP+ +

Péptidos antimicrobianos

Enzimas hidrolíticas

Gránulos: contenido de MPO:
peroxidasas positivos: (azurófilos o primarios)
peroxidasas negativos: lactoferrina-gelatinasa
vesículas secretorias

Programa de homeostasis : limita la destrucción
de los tejidos del huésped

Eliminación de los MOs por fagocitosis

Disminución progresiva del reclutamiento de los
PMN: cambio del patrón de citoquinas

Apoptosis y fagocitosis de leucocitos apoptóticos
por los macrófagos
Transducción de señales intracelulares producidas
por el LPS
?
MD-2
LBP
TLR4
LPS
CD14
TRAF 6
?
IRAK
Complejo
IkB cinasas
MyD88
?
Familia de cinasas
Balance de la expresión de citocinas
LPS
Respuesta inicial
Moléculas
pronflamatorias
IL-1
TNF-α
IL-6
IFN-γ
IL-12
Moléculas
antinflamatorias
IL-1ra
IL-4
sIL-1R
IL-10
sTNFR I IL-11
sTNFR II IL-13
SRIS
Fiebre
Taquicardia
Taquipnea
GB: > 12.000 mm3, <4.000 mm3
Respuesta en estado
de tolerancia
Moléculas
pronflamatorias
IL-1
TNF-α
IL-6
IFN-γ
IL-8
NO sintetasa
TxB2 PGE2
Moléculas
antinflamatorias
IL-1ra
p50
IL-10
sTNFR II
IL-13
Angiotensinógeno
Factores de coagulación
Presión pulmonar arterial
Adherencia de PMNN
Fe2+ sérico
Peso. Daño hepático. Fiebre
Eliminación
de bacterias
Proceso infectivo
(Finlay, 1997; Lipschit 1997)
Eventos asociados a al activación del complemento
Factores
Modo de Acción
Ventaja para la bacteria
Fimbiras (pili no
sexuales)
Adherencia de una adhesina localizada en una fimbria con
un recepto epitelial especifico
Provee una adherencia poco firme, pero que le
permite a la bacteria permanecer en estrecha
relación con células epiteliales de epitelios y
mucosas y evitar el arrastre mecanico
Adhesinas afimbricas
Adherencia de una adhesina, que no esta localizada en una
fimbria, con un Rc. Epitelial específico
Provee una adherencia firme que impide que las
bacterias sean arrastrada por las secresiones
normales, por ejemplo, saliva en la faringe, orina
en la uretra y contenido intestinal en el duodeno
Pseudocapsulas
(matrices
exopolisacáridas)
Adherencia del material extracelular en forma específica a
algunos epitelios y especialmente a fomites (superficie
inanimadas)
Impide el arrastre de las bacterias que colonizan
un epitelio. Posibilita la adherencia a cateteres,
cánulas y otros fomites. Permite la evasion de
ciertos mecanismos de defensa del huésped.
Exoenzimas
Degradan macromoléculas del huésped (colagenasa,
elastasa, ribonucleasa), desestabilizan membranas celulares
(fosfolipasas), ect.
Diseminación hasta tejidos adyacentes, escape
hacia la circulación, evasión de mecanismos de
defensa y obtención de nutrientes, entre otras.
Sideroforos
Pequeñas moléculas que captan hierro. Los complejos
Hierro-Sideroforos pueden ser recaptados por la bacteria.
Le permite a la bacteria obtener hierro, factor
esencial para si crecimiento.
Exotoxinas
Exoproducto que se unen a Rc. Específicos en el huésped e
induce una acción toxica. Por ejemplo: toxinas coléricas;
tetánica; diftérica; ect.
Causan la enfermedad especifica.
Endotoxinas en los
GRAM. (-), ac.
Lipoteicoicos en los
gram (+)
Componentes de las envolturas de las bacterias que pueden
activar el sistema del complemento por la vía alterna.
Le permite a la bacteria desencadenar una
reacción inflamatoria que puede contribuir al
daño del tejido infectado. La endotoxina es
responsable además del shock endotóxico en las
septicemias.
Adhesinas





Fimbrias (Ng, Ec)
Proteínas de la membrana externa (Ng,
Hi)
Otras proteínas
Acido lipoteicoico (Str)
Otras (Gv, Mobiluncus)
Adhesinas
Ejemplo
Neisseria gonorrhoeae
Fimbrias
La molécula de pilina posee un grupo amino terminal que contiene un gran
porcentaje de aminoácidos hidrofóbicos
Proteínas de la membrana externa: Por ,Opa, Rmp
Lip, Fbp, AniA
Otras estructuras
Opa
LOS
Opa
CD66
LOS
ASPG-R
CD46
IgA1
proteasa
CD66
LAMP1
Diseminación hemática
Infección
gonocócica
Neisseria gonorrhoeae fimbriada
Virus y bacterias-Fimbrias
Heterogenicidad antigénica de
Neisseria gonorrhoeae
Antígeno
Número de tipos
Pilina
Cientos
Por (Proteína I)
Por A con 18 subtipos
Por B con 28 subtipos
Opa (Proteína II)
Muchos (posiblemente cientos)
Rmp (Proteína III)
Uno
Lipooligosacárido
Ocho o más
Fbp (proteína de unión a hierro) Uno
Lip (H8)
Uno
IgA1 proteasa
Dos
SGA-Fimbrias
Escherichia coli - Fimbrias
Estructura Antigénica de E. coli
Capa del
Glycocalyx
Flagelo (antígeno
H)
Proteínas de la
membrana
externa
Fimbrias (MS o MR)
Lipopolisacárido
Antígeno-O
Antígeno-K capsular
INTERACCIONES BACTERIA-HUÉSPED
PMNL
(lisis)
Liberación de la
Bacteria
Intracelular
Sideróforo
Proteínas de
Membrana
Externa
Fe3+
Cápsula de
Polisacárido
Membrana
Externa con
LPS
Especies Reacivas
IL-8
del Oxígeno
Ruptura, necrosis y
apoptosis de la
célula epitelial
Citoquinas
Fe3+
PMNL
Adhesinas
PMNL
IBC
Receptores
Celula Epitelial
(huesped)
IL-1
IL-6
IL-8
CXCR
E. coli
ingresando a la
célula epitelial
Multiplicación
bacteriana
dentro de la
PMNL célular huesped
Persistencia
del foco de
infección
Johnson JR. Infect Dis Clin N Am.2003;17:261-268
Factores microbianos e IUR
Uroplaquina e internalización de E.coli
Virulencia bacteriana y sintomatología
de las IU
• Sintomáticas
• Asintomáticas
Factores de virulencia
presentes y se expresan
Factores de virulencia
atenuados
Factores de virulencia
inexistentes
H.pylori puede causar daño gástrico pero
proteger al esófago
H.pylori proteína SabA que pasa fácilmente del estado “on” a “off”
Pueden desaparecer los síntomas pero no la bacteria
Gal/GalNAc lectina media la
adherencia del parásito
Identificar adhesinas en los
MO
Desarrollo de ensayos que midan la adherencia a sustratos
fisiológicos relevantes
Inhibir esa adherencia con azúcares o con fragmentos Fab de
Ac directos contra el MO
Demostrar la actividad del receptor con el uso de adhesinas
(putativas) y demostrar que el exceso de adhesinas bloquea la
adherencia de MO intactos
Provocar la mutación del gen de la adhesina y demostrar que se
produce un cambio en el fenotipo de la adherencia del MO
Identificar receptores en las
células
Transferencia de ADN de una célula permisiva a otra no permisiva ;
identificar al ADN que confiere esa permisividad (muchos MOs tienen un
rango restricto de huéspedes
Producir Ac monoclonales contra los Ag de la superficie celular: buscar los
Ac que inhiben la adherencia o bloquean la infección ; caracterizar al Ag
reconocido por el Ac monoclonal
Identificar la actividad de la lectina (carbohidrato de
reconocimiento)adhesiva del MO por bloqueo de la adherencia,infectividad
o ambos sobre la célula (ácido siálico vs hamaglutinina del virus de la
influenza; VIH y galactosilcerebrósido)
Afinidad y purificación del receptor en la célula huesped: se usa la
adhesina del MO (rara vez tien éxito porque hay baja afinidad de la
adhesina por el receptor soluble
Clases de receptores para las
adhesinas bacterianas
Azúcares: ácido siálico(ortomixovirus); galactosa: E. histolytica;
Ag P sanguíneo: E.coli uropatógena
Inmunoglobulinas(superfamilia): ICAM (intercellular adhesion molecule)
(rinovirus), CD4: VIH
Factor de crecimiento (FC) o receptores del FC: EGF(epidermal growth
factor)(vaccinia), receptor de eritropoietina, interleuquina 6 (hepatitis B)
Integrinas: VLA-2: (echovirus)
Componentes de la matriz extracelular: laminina (T.gondii); fibronectina
(Streptococcus)
Proteínas de transporte
Receptores del Complemento: CR2 (Epstein –Barr)
Receptores epiteliales
invasina
flagelos
internalina
integrina
E-caderina
pilina
LPS
CFTR
Asialo-GM1
Mucosa y MAL
Clases de adhesinas de MO
para los receptores celulares
Lectinas: de unión al ácido siálico; de unión a la galactosa
Fimbrias
Adhesinas no fimbrias : Inv y Ail proteínas(Yersinia); pertactina
(B.pertussis);
P1 citoadhesina (M.pneumoniae) ; proteína de adhesión a la fibronectina
(T.pallidum)
Lípidos: ac lipoteicoico (Streptococcus pyogenes)
Glicosaminoglican: C.trachomatis
Mecánica: “gripping disk” Giardia lamblia
Puntos clave en la interacción
MO- célula
Proteolisis
“Canyon hypothesis”: postula que los sitios activos de las adhesinas
para la interacción con el receptor podría residir en un “bolsillo” de la
adhesina inaccesible a los Ac.
Actividad de las adhesinas: puede ser controlada conformacionalmente
especialmente en los casos de las adhesinas que también tienen
función de proteínas de fusión
Receptores múltiples: la misma adhesina se une a varios receptores
Ac anti adhesinas: pueden incrementar la infección por alteración de
la interacción de la adhesina con el receptor
Fisiopatología
Mycoplasma adheridos a la superficie celular
(Univ Florida)
Fisiopatología
Mycoplasma penetrans
Fisiopatología
Mycoplasma pneumoniae.
Mycoplasma visto con fondo
oscuro (1000x)
Michael Coyle and Chritstine Baillie.
Fisiopatología
Mycoplasma hyopneumoniae adheridos a las cilias del AR cerdo
Estructura Molecular de E. coli
Interacción microorganismo-huésped
Los uropatógenos
• Colonizan
• Lesionan
• Invaden
• Sobreviven
Respuesta biológica
específica e
inespecífica, estará
acorde a la virulencia
del MO y del sistema
inmune del huésped.
Terapia basada en las
adhesinas
Organismo
Droga
Mecanismo de acción
Virus influenza A y B
Inhibidor de la neuraminidasa
Inhibe la actividad
sialidasa de la
neuraminidasa viral
VIH
CD4 soluble; PRO 542
Bloquea la unión de gp120
al CD4
Se unen al CCR5 o CXCR4
Inhibidor de la fusión
AMD-3100
Enfuvirtide(T-20)
Picornavirus (rinovirus,
enetrovirus)
Compuestos WIN (pleconaril)
Se une a la proteína VP1
que da lugar a un cambio
conformacional en el sitio
ICAM de unión
E.coli con fimbrias P
Jugo de arándano
Inhibe la unión a la
molécula de D-Gal-Gal
VIRULENCIA BACTERIANA
Polisacárido capsular
Lipopolisacárido (LPS)
Proteínas de Membrana (TraT, Iss, OmpT)
Adherencia fimbriada
Toxinas (Factor necrotizante citotóxico-1, Toxina
citoletal, alfa hemolisina)
Sideróforos
Formación de “Biofilm”
Formación de comunidades bacterianas intracelulares
(IBC)
Variación de la expresión de virulencia (PAI I y PAI II)
Sideróforos
 Son moléculas bacterianas transportadoras de hierro.
 Hay varias clases y alguna de ellas son mas eficaces
que otra para dicha función.
Catecolatos
Hidroxamatos
Hidroxicarboxilatos
 Se distinguen por la estructura de la funcionalidad de la
unión del Fe+++.
 Bacterias con un tipo o varios
Tipos de sideróforos
 Escherichia coli produce dos tipos :
enterobactina
aerobactina
 La aerobactina puede ser más efectiva que la
enterobactina en la competencia por el hierro con las
proteínas del huésped, no se une a la albúmina (le permite
a la bacteria obtener el hierro necesario)
 La enterobactina se une a la albúmina y es inactivada por
ella.
Tipos de sideróforos
 Sideróforos primarios de las enterobacterias :
enterobactina y aerobactina (E.coli, Shigella spp,
Salmonella spp, Klebsiella spp y Yersinia spp)
 Enterobactina: ha sido también aislada de especies
grampositivas(Streptomyces spp).
 Sideróforos ferrioxamina: son producidos por especies
grampositivas y negativas.
 Sideróforos fúngicos: son generalmente hidroxamatos
Sideróforo-Fe
 GRAM NEGATIVAS
 Los sideróforos-Fe son reconocidos por receptores específicos de la
membrana externa (ME)
 Se unen y luego son transportados a través de la ME mediante unión
a la proteína periplásmica-ABC dependiente de permeasas.
 GRAM POSITIVAS
 El complejo sideróforo-Fe es reconocido por proteínas específicas
ancladas en la membrana interna
 Luego son transportados por el complejo ABC-dependiente de
permeasas.
Sideróforos: Ingreso de sideróforos con el
hierro a las bacterias grampositivas y negativas
Sideróforo
Fe+++
Gram +
Gram Receptor
M.externa
Proteína
?
TonB
Periplasma
M.interna
Transportador
ABC
?
ExbB
ATP
ADP + PI
ATP
Oxígeno
Fe++
Oxígeno
ADP + PI
ExbD
Otros sistemas transportadores de hierro:
hemóforo
 Las bacterias pueden adquirir hierro del heme.
 Este es transportado al citoplasma y extraído por una oxigenasa
que rompe el anillo tetrapirrólico.
 El transporte se efectúa de diferentes maneras
GRAM NEGATIVAS
a-uno implica receptores de membrana y transporte por parte
del sistema ABC-dependiente de permeasas específico para el
heme;
b- el otro comprende la secreción de de proteínas bacterianas
especializadas con capacidad de secuestrar heme de diversas
fuentes y unirlo a receptores específicos de la ME.
Comparación esquemática entre el hemóforo y el
sideróforo
Transferrina
Fe+++
Sideróforo
Receptor
Receptor
Sistema ABC
Hb
Hemóforo
Qué pasa con la lactoferrina y bacterias que
poseen sideróforos u otros sistemas para la
captación del hierro?



Secretan : IgA e IgM
Hay péptidos antimicrobianos:
defensinas: α, β,θ
catelicidinas:TR; UG; GI
histatinas: saliva
Lactoferrina
Características de la lactoferrina
Actividad
Absorción de hierro
Mecanismo
Incremento de la solubilidad e incorporación
mediada por receptores
Antioxidante
Secuestro del hierro
Antimicrobiana
Inhibidor del crecimiento por secuestro del
hierro o desintegración de la membrana
Antiviral
Prevención de la adherencia viral
Anti-inflamatoria
Unión al LPS, estimulación de las células NK,
inmunomoduladora
reducción de las citoquinas proinflamatorias,
maduración de las células T
Anti-cancer
Desconocido
ADHERENCIA BACTERIANA Y LACTOFERRINA
Figura 2: Esquema de adherencia bacteriana
LACTOFERRINA
Unión a la bacteria
bacteria
LACTOFERRINA
Bloquea la unión
de los receptores
microbianos
Adherencia directa
directa
indirecta
Adherencia indirecta (mediada por otra molécula)
Actividades de la lactoferrina




Molécula de lactoferrina saturada con hierro: sus
propiedades desaparecen porque no produce la deprivación
férrica .
La unión directa de la lactoferrina a membrana microbiana
altera la permeabilidad mediante la dispersión del LPS y
lleva al MO a la muerte.
La lactoferrina intacta y la hidrolisada parcialmente pueden
matar MO por este mecanismo.
También influye en la defensa mediante la regulación de la
actividad de los macrófagos y la proliferación de los
linfocitos (Van Hooijdonk 2000).
Aplicaciones comerciales corrientes de la
lactoferrina
Producto
Leches para niños
Suplementos
Bebidas
Cosméticos
Productos para el cuidado
bucal, goma de mascar
Alimentos (como suplemento)
para animales
Función
Semeja leche materna , mejora
la resistencia frente a los
patógenos
Incrementa o ayuda a la
absorción
del
hierro
(ej.
embarazo)
Incrementa la solubilidad del
hierro y su absorción
Antioxidante
Mejora la higiene bucal
Antiviral en gatos
Steijns and van Hooijdonk 2000
MO ingresando al intestino y estimulan a los
linfocitos B en las Placas de Peyer.
MO y otros Ag
Células M
Sangre
Bazo
Otros sitios de la
mucosa
Placas de Peyer
Sangre
Glándulas
exócrinas
(Adaptado de Hanson y cols. 2002).
Apolactoferrina

ALF: forma de la Lf desprovista de hierro, diferente de la hololactoferrina o
forma saturada) es bactericida frente a Streptococcus pneumoniae.

La proteína A de superficie (PspA) cuyo gen está presente en la mayoría de
los aislamientos clínicos, es importante tanto para la portación como para la
invasión.

Una explicación posible es su comportamiento frente a la Lf presente en
cantidades que oscilan en la saliva entre 1 y 14 mg/ml.

Hay que considerar que la PspA protege al neumococo de la muerte por la
ALF

Los Ac frente a la PspA pueden prevenir la unión de la PspA a la ALF y de
esta manera facilitar la muerte de los neumococos mediante la ALF.
Apolactoferrina
ALF
AC anti PspA
Streptococcus pneumoniae
PspA
Bloquea ALF por
unión al sitio
activo de ALF
Lactobacillus spp
Son los únicos Mos
que no requieren Fe
Formación del biofilm
ADHESIÓN
Alteración del
fenotipo en
respuesta a la
proximidad de
una superficie
COLONIZACIÓN
FLUIDO
Estado de
yuxtaposición
estable para
formar
microcolonias
SUPERFICIE
CRECIMIENTO
Producción
exuberante de
exopolisacáridos
condiconan el
microambiente
del biofilm
ESTRUCTURA DEL BIOFILM
RESISTENCIA A ANTIBIOTICOS
BIOFILM
Proteus mirabilis
en latex siliconado
Enterococcus faecalis
en latex siliconado
Biofilm sobre un catéter
MO asociados al “biofilm” en
materiales médicos
Material implantable
Organismos
Catéter venoso central
SCN; S.aureus; E. faecalis; K.pneumoniae
Válvula protésica
S. viridans; SCN; E faecalis; S.aureus
Catéter urinario
SCN; E.coli; K.pneumoniae; E faecalis;
P.mirabilis
Prótesis de cadera
C.albicans; Str.mitis; Str.salivarius ; Rothia
dentrocariosa; C.tropicalis; Str.sobrimus;
SCN; Stomatococcus mucilaginoso
Dispositivo intrauterino
SCN; Corynebacterium spp; S.aureus;
Candida spp, anaerobios
“Biofilms” en
medicina
B.Costerton y colaboradores
Adaptado por Alicia farinati
Alveólos - Enfermedad FQ

Además del intercambio oxígeno/anhídrido
carbónico el pulmón es un efectivo limpiador
ya que elimina los MO inhalados. En los
delgados sacos alveolares los MO son
fagocitados por los PMN activados
Alveólos - Enfermedad FQ

Cuando la respuesta inmune está
comprometida las bacterias son capaces de
colonizar el alvéolo y formar un biofilm. Estos
no permiten que los PMN se activen aún en
presencia de AC . Cuando las células son
eliminadas de esa comunidad que actua
como si fuera una unidad, los MO son
reconocidos y fagocitados por los PMN
Alveólos - Enfermedad FQ

Los estudios de interacción enter los PMN/
biofilm de Pseudomonas aeruginosa han
demostrado que los PMN retienen su
morfología redondeada (morfología básica de
PMN no activado o con actividad mínima) y
se instalan dentro del biofilm, desprendiendo
una nube de células aisladas. Un biofilm bien
establecido podrá crecer y engrosarse con el
tiempo y aún calcificarse (áreas blancas)
dejando inactivo al alvéolo.
Biofilms bucales
Numerosos MO de diferentes especies
colonizan la boca . Algunas son patógenas y
pueden causar infección, y facilitar la pérdida
dentaria y otras patologías
DIU

Los MO que colonizan la vagina y las fibras o
hilos de los tampones pueden ser patógenos
en determinadas circunstancias y
desencadenar cuadros severos como la EPI
y el SSTEstafilocócico
Ejemplos de biofilms

Posibles puertas de entrada de las bacterias
y las infecciones secundarias. Una vez que
las bacterias entran al torrente circulatorio
pueden alcanzar todas las áreas del cuerpo y
desarrollar infecciones
Periodonto

Las señales bloqueantes y desbloqueantes
pueden ser usadas para la prevención de los
patógenos periodontales (Fusobacterium
nucleatum) del biofilm sobre los dientes
Valvulas cardíacas

Staphylococcus epidermidis crece en un
biofilm sobre la unión de un reemplazo
valvular causando una enfermedad
desvastadora
Remoción

Las células del biofilm sobre la unión del
reemplazo valvular, son removidas como las
bacterias planctónicas mediante la actividad
de un análogo de un bloqueador de una
señal desbloqueadora específica
“MO protegidos”

La sbacterias planctónicas son sensibles a
los ATB, Ac y fagocitos. Los MO dentro del
biofilm están protegidos de estas tres
actividades antibacterianas
Invasinas


Ocurre a nivel:
*histológico
*celular
fagocitosis
endocitosis
coilocitosis
Gen inv
Agresinas y toxigenicidad

Agresinas: acción directa sobre las
células y tejidos
Generalmente son exotoxinas : tétanos
Metabolitos : ácido succínico

LPS agresina y modulina


Modulinas y superantígenos
Inductoras de citoquinas





LPS
Porinas
Proteínas asociadas
al Lípido A
Proteínas
estafilocócicas de
superficie
Proteína A de
Staphylococcus







Lipoproteínas y
glicoproteínas
Exotoxinas
Lipoarabinomanan
de Mycobacterium
Peptidoglican
Acido teicoico
Superantígenos
HSP
Impedinas y evasión





Actúan sobre sustancias que hacen
efectiva la fagocitosis (Lm, Gv)
Reducción de la inmunogenicidad por
unión a proteínas (Str a fibronectina)
Unión a fracción Fc de la IgG
IgA proteasa
Moléculas transportadoras de hierro vs
sideróforos
Transmisibilidad
Avidez por las mucosas (ITS)
 Formación de endosporas
(Clost)
 Capacidad de sobrevida en
condiciones adversas de pH y
osmolaridad

Adaptación
Atenuación de la virulencia
 Evasión
 Competencia por nutrientes
 Sistema de señales (2) para
activar o regular genes
apropiados

Proliferación

A mayor capacidad de
proliferación, menor capacidad
defensiva del huésped
Virulencia en la vida real
Postulados de koch:




Un organismo específico se encuentra en
todos los afectados por la enfermedad
Se aísla en cultivo puro del sitio infectado
Es capaz de originar la misma enfermedad
en un animal de experimentación
El aislamiento a partir del animal es
idéntico al aislado del huésped original
 Factores
de virulencia desarrollados por la
bacteria en un solo paso
 Genes
de virulencia asociados
plasmídicos
cromosómicos
 Transferencia horizontal de esas regiones
entre diferentes especies y entre géneros
Tamaño y localización




Codifican uno o más genes de virulencia :
adhesinas, invasinas, sideróforos, toxinas,
sistema de secreción tipo III y sistema de
secreción tipo IV
Presentes en las bacterias patógenas pero
ausentes en los miembros no patógenos de la
misma o relacionadas especies.
Ocupa una región relativamente grande en el
cromosoma : 10-20 kb a 200 o más .
Algunas son pequeñas: isletas (10kb)
Características



Las secuencias del ADN de las IP difiere de
las del resto por diferencia en el contenido del
G+C
Generalmente están flanqueadas por
secuencias de bases inversamente repetidas
Están a menudo asociadas con genes tARN
que tanto en las células eucarióticas como
procarióticas, actúan a menudo como
“blancos” para la integración de ADN exógeno
¿Derivadas de fagos?



La asociación con genes tARN y la presencia
de fagos crípticos en la cercanía de los tARN
podrían indicar que la IP o parte de ellas son
elementos derivados de fagos.
Llevan a menudo genes funcionales o
crípticos que codifican factores de movilidad
como integrasas, transposasas o SI.
Suelen ser regiones inestables de ADN







Adhesinas: E.coli diarreogénica, Ec UP,
V.cholerae, Listeria spp
Toxinas: S.aureus, EcUP
Sideróforos: EcUP,S.flexneri,Yersinia spp
Invasión: E.coli diarreogénica, Salmonella
spp, Shigella spp, Listeria spp
Secreción tipo II: E.coli
enterohemorrágica
Secreción tipo III: E.coli diarreogénica,
P.syringae, Erwinia spp, Yersinia spp,
Salmonella spp, Shigella spp
Secreción tipo IV: H.pylori
Factores de virulencia
Bacterias
E.coli enteropatógena
Factor de virulencia
Funciones
Activa la adenilato y
guanilato ciclasa
Induce la internalización
de la bacteria
S.aureus
C.tetani
Toxinas termolábil y
termostable
Genes que codifican
para la invasión
Hemolisina
Factores edema , letal
y Ag protectivo
Exfoliatina
Neurotoxina
C.diphteriae
Toxina diftérica
Inhibe la síntesis de
proteína
Rash
Inhibe la síntesis de
proteínas
Inhibe la liberación de
acetilcolina
Estimula la
adenilciclasa
E.coli enteroinvasiva y
Shigella
B.anthracis
S.pyogenes
Toxina eritrogénica
E.coli enterohemorrágica Toxina Shiga-like
C.botulinum
Neurotoxina
V.cholerae
Toxina colérica
Necrolisis de la epidermis
Tétanos
Streptococcus agalactiae
• Internalizado en
células epiteliales
coriónicas
Nizet and Rubens
Gram-Positive Pathogens-CD-ROM
Ed:A.Fischetti, R.Novick, J.Ferretti,
D.Portnoy,J.Rood
Streptococcus agalactiae
• Internalizados en
células endoteliales
de vasos cerebrales
Toxinas bacterianas
" sustancias solubles que alteran el
metabolismo normal de las células huésped
con efectos deletéreos sobre el hospedador".
Factores de virulencia que
dañan al huésped
• Exotoxinas
• Enzimas hidrolíticas
• Productos bacterianos que provocan
respuesta inmune
• Endotoxina y otros componentes tóxicos
de la pared celular
Toxinas
• Tipo A-B (particuladas): Remoción del
grupo ADP ribosil del NAD y se une a la célula
Difteria-Cólera-Shiga-Tétanos
• De membrana: generación de poros
Listerolisina- alfa toxina• Superantígenos
TSS1
ADP ribosilacion de la
proteína blanco
• NAD : Nicotinamida--ADP ribosa
TOXINA A-B
• Nicotinamida + Proteína “blanco”ADP-ribosa
Toxinas
Exotoxinas : transferencia covalente de ADP-ribosa (bAREs)
NAD+ + PBC
ADP-ribosa-PBC + nicotinamida + H+
ADP-ribosil transferasa
Varias poseen estructura A-B
Producidas como proenzimas que requieren modificación
postranslacional
En gram positivos y gram negativos
Ejemplos: TD; TC; Pseudomonas ; E.coli TL; EDIN S.aureus;
PT de B.pertussis
Organización genética



Regulones (generalmente) Los regulan sistemas
típicos de transcripción de señal de dos componentes
Proteína sensora: transmite información del entorno y
fosforila a su acompañante o regulador de la
respuesta . Este controla el inicio de la transcripción
de un conjunto de genes
Ej: PhoP/PhoQ (Salmonella)
Sistema PhoP/PhoQ de Salmonella
Entorno normal
Mg+2
Ca+2
pH neutro
Prot sensora
PhoQ
Regulador de Rta
Membrana interna
PmrB
PmrA
PhoP
Interior del fagolisosoma del huésped
Mg+2 bajo
PhoQ
Ca+2bajo
pH bajo
PO4
ACCION DE LA CINASA
PhoP
ACCION DE LA CINASA
PhoP
Membrana interna
PmrB
Histidina
PO4
PmrA
PO4
Regulación transcripcional de numerosos genes
PmrA
PO4
Toxinas RTX


Familia de exoproteínas en gram negativas
Compuestas por un número desconocido de una sola
especie de polipéptido
Toxinas citolíticas (hemolisinas, leucotoxinas)
Proteasas metalodependientes
Lipasas
Nodulación ( Rhizobium leguminosarum )
Ejemplos: E.coli hemolisina; B.pertusis hemolisina
adenilato ciclasa; E.coli exotoxina enteroagregativa
ENDOTOXINA
• Es el lipoposacárido (LPS) de la membrana externa de las bacterias gram. (-).
Lisis
bacteriana
LPS
TNFα; IL-1, IL
6, IL8, factor de
activación
plaquetario
+ proteína de
unión al LPS
Este complejo es reconocido por la
molécula CD 14
Liberación de IL.
C. LPS + BP lps
Activación de la cascada
de coagulación
Prostaglandinas
Leucotrienos
Activación de la Cascada
de Complemento
Daño
endotelial
Falla
orgánica
sistémica
múltiple
MUERTE
Transducción de señales intracelulares producidas
por el LPS
?
MD-2
LBP
TLR4
LPS
CD14
TRAF 6
?
IRAK
Complejo
IkB cinasas
MyD88
?
Familia de cinasas
Balance de la expresión de citocinas
LPS
Respuesta inicial
Moléculas
pronflamatorias
IL-1
TNF-α
IL-6
IFN-γ
IL-12
Moléculas
antinflamatorias
IL-1ra
IL-4
sIL-1R
IL-10
sTNFR I IL-11
sTNFR II IL-13
SRIS
Fiebre
Taquicardia
Taquipnea
GB: > 12.000 mm3, <4.000 mm3
Respuesta en estado
de tolerancia
Moléculas
pronflamatorias
IL-1
TNF-α
IL-6
IFN-γ
IL-8
NO sintetasa
TxB2 PGE2
Moléculas
antinflamatorias
IL-1ra
p50
IL-10
sTNFR II
IL-13
Angiotensinógeno
Factores de coagulación
Presión pulmonar arterial
Adherencia de PMNN
Fe2+ sérico
Peso. Daño hepático. Fiebre
Eliminación
de bacterias
EXOTOXINAS
• Activa participación en la producción de
daño y/o enfermedad
• A diferencia de las endotoxinas, estas son
proteínas marcadamente diversas que
tienen actividades específicas contra
estructuras y funciones celulares
• Los efectos clínicos y patológicos difieren
de acuerdo con el tejido célula o molécula
que cada una de las toxinas ataca.
Toxina
Bacterias que
la producen
Blanco de
Acción
Mecanismo
Efecto
Enfermedad
Colérica
Vibrion
cholerae
Gangliosido
GM1 sobre
células
epiteliales
intestinales
Acción sobre la
proteína G con
estabilización
de la adenilato
ciclasa
Perdida de
electrolitos y
agua
Cólera
Tetánica
Clostridium
tetani
Células de
Renshaw, sus
sinapsis con la
Motoneurona α
Inhibición de la
liberación del
neurotransmis
or GABA y
glicina
Tetania
(parálisis
espasmódica)
Tétanos
Toxina de
Shiga
Shigella dy
senteriae
Células del
epitelio
enterico
Degrada el
ARN m de los
ribosomas de
las células del
huesped
Inhibición de
las síntesis
proteica, que
conduce a
necrosis del
epitelio
Disenteria
bacilar
Botulinica
Clostridium
botulinum
Presinapsis,
neuronas
motoras en la
placa
neuromuscular
Inhibición de la
liberación de la
acetilcolina
Parálisis
fláccida
Botulismo
Toxina Shigalike o Vero
toxina de
ECEH
E. coli
Células
intestinales,
Riñón
Efecto de
adherencia y
barrido;
Diarreas con
sangre; SUH
(cepas 0157:
H7)
Diarrea
sanguinolenta;
SUH
Toxina 1-Daño de las membranas
Organismo
Toxina
Modo de
acción
Blanco
Enfermedad
Toxina implicada
en la enfermedad
Daño de las membranas
Aeromonas
hydrophyla
Aerolisina
Poro-formadora
Glicoforina
Diarrea
(si)
Clostridium
perfringens
Perfringolisina
O
Poro-formadora
Colesterol
Gangrena
gaseosa
?
Hemolisina
Poro-formadora
Membrana
plasmática
Infección
urinaria
(si)
Poro-formadora
Colesterol
ETA
sistémica,
meningitis
(si)

Poro-formadora
Membrana
plasmática
Abscesos
(si)
Streptococcus
pneumoniae
Pneumolisina
Poro-formadora
Colesterol
Neumonía
(si)
Streptococcus
pyogenes
Streptolisina O
Poro-formadora
Colesterol
Angina,
escarlatina
?
Escherichia coli
Listeria
Listeriolisina O
monocytogenes
Staphylococcus
aureus
Toxina 2-Inhibición de la síntesis proteica
Organismo
Toxina
Modo de acción
Blanco
Enfermedad
Toxina implicada en
la enfermedad
diftérica
ADPribosiltransferasa
Factor 2 de
elongación
Difteria
Si
E. coli/shigella
dysenteriae
shiga
N-glicosidasa
RNAr 28S
Colitis
hemorrágica y
SUH
Si
Pseudomonas
aeruginosa
Exotoxina A
ADPribosiltransferasa
Factor 2 de
elongación
Neumonía
(si)
Corynebacterium
diphtheriae
T
o
x
i
n d
a e
l
3
s
R e
u g
r u
t n
a d
s o
d m
e e
n
a s
c a
t j
i e
v r
a o
c
i
ó
n
Organismo
Escherichia coli
Bacillus anthracis
Bordetella
pertussis
Clostridium
botulinum
Clostriduim
difficile
Vibrio cholerae
Toxina
Modo de acción
Blanco
Enfermedad
Toxina
implicada en
la enfermedad
Factor necrotizante
citotóxico
Deamidasa
Proteínas-G Rho
Infección urinaria
?
termolábil
ADPribosiltransferasa
Proteínas-G
Diarrea
Si
termoestable
Guanilato ciclasa
Receptor de
guanilato ciclasa
Diarrea
Si
de dilatación citoletal
Bloquea G2
Desconocido
Diarrea
(si)
termoestable
enteroagregativa
Tipo termoestable?
Desconocido
Diarrea
?
Factor de edema
Adenilato ciclasa
ATP
Anthrax
Si
dermonecrótica
Deamidasa
Proteínas-G Rho
Rinitis
(si)
pertussis
ADPribosiltransferasa
Proteína-G
Pertussis(tos convulsa)
Si
C2
ADPribosiltransferasa
Actina G
monomérica
Botulismo
?
C3
ADPribosiltransferasa
Proteína-G Rho
Botulismo
?
A
Glucosiltransferasa
Proteína-G Rho
Diarrea/colitis
pseudomembranosa
(si)
B
Glucosiltransferasa
Proteína-G Rho
Diarrea/colitis
pseudomembranosa
?
colérica
ADPribosiltransferasa
Proteína-G
Cólera
Si
Toxinas 4 -Activadoras de la respuesta inmune
Organismo
Staphylococcus
aureus
Toxina
Modo de acción
Blanco
Enfermedad
Toxina
implicada en
la
enfermedad
Enterotoxinas
Superantigénicas
Receptor linf. T y
CMH II
Envenenamiento por
alimentos
Si
Sindrome de la piel
escaldada
Si
Exfoliativa
Streptococcus
pyogenes
Superantigénica y Receptor linf. T y
serina proteasa?
CMH II
Shock tóxico
Superantigénica
Receptor linf. T y
CMH II
Sindrome del shock
tóxico
Si
Exotoxina
pirogénica
Superantigénicas
Receptor linf. T y
CMH II
Escarlatina y sindrome
del shock tóxico
Si
Toxinas 5-Proteasas
Organismo
Toxina
Modo de acción
Blanco
Enfermedad
Toxina implicada en la
enfermedad
Factor letal
Metaloproteasa
Proteína
quinasa
mitógeno
activada 1 y 2
Anthrax
Si
Clostridium
botulinum
Neurotoxinas
Zinc-metaloproteasa
Proteína de
menbrana
asociada a
vesícula,
sinaptobrevina,
sinaptosomal
asociada,
sintaxina
Botulismo
Si
Clostridium
tetani
Tetánica
Zinc-metaloproteasa
Proteína de
menbrana
asociada a
vesícula,
sinaptobrevina
Tétanos
si
Bacillus
anthracis
A-G
Toxina Botulínica
Botulismo por intoxicación alimentaría
C. Botulinum en
un alimento
Se produce la
toxina
Toxina ingerida
La toxina
llega a
circulación
Toxina ataca las neuronas y produce
parálisis fláccida
Botulismo infantil
Las esporas de C. botulinum
son ingeridas
La bacteria crece
en el tracto
Gastrointestinal
Se produce la
toxina
Botulismo de heridas
Las esporas de la
bacteria ingresan
por una herida
Esta crece en la
herida
Se produce la
toxina
Bloqueo de la exocitosis
Liberación de la acetilcolina en la
Terminación nerviosa. Proceso mediado
por el complejo de proteínas SNARE
(Nethylmaleimide–sensitive factor
Attachment protein receptor)
Ruptura proteica por la Toxina Botulínica A.
Bloqueo de la exocitosis de la acetilcolina
Neuromodulación de la toxina botulínica
1. Unión de la cadena pesada de la toxina al receptor de membrana en
la terminación nerviosa
2. Endocitosis mediada por receptor
3. Separación de las cadenas ligera y pesada, translocación de la cadena
ligera y clivaje de las proteínas responsables de la liberación de las
vesículas que contienen los neurotransmisores hacia la unión
neuromuscular
4. Retorno de la función neural basal tras el brote axonal y la formación
de nuevas sinapsis que finalmente hacen regresión para permitir la
función de la terminación nerviosa inicial.
TOXINA COLERICA
• Compuesta por 5 subunidades B y una A (A1 –A2)
• Subunidad B, se une a un receptor especifico (GM1 de los
enterocitos)
• Ingresa a la célula, actúa sobre la Proteina G activando la enzima
adenilato-ciclasa; aumento el AMPc en la célula intestinal:
– Hipersecreción de cloruros, potasio, bicarbonato y agua hacia la
luz intestinal.